等溫淬火熱處理對粉末冶金的作用
發(fā)布時間：2018-04-04 19:00 來源：tommy 閱讀：
各國經(jīng)過多年的研究，開發(fā)出多種不同的粉末冶金生產(chǎn)工藝，如高溫?zé)Y(jié)、滲銅技術(shù)、復(fù)壓復(fù)燒、粉末鍛造、熱等靜壓、噴射沉積、快速壓制等。由于這些工藝存在著不同程度的成本和零件尺寸精度保證困難等問題，使本富于競爭力的粉末冶金零件的潛力難以得到充分發(fā)揮。近十幾年來國外又開發(fā)成功了粉末冶金溫壓技術(shù)，以其經(jīng)濟(jì)可行性引起了轟動并獲得了很大的商業(yè)成功，現(xiàn)已被認(rèn)為是20世紀(jì)90年代以來粉末冶金零件生產(chǎn)技術(shù)方面最為重要的一項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步
現(xiàn)在關(guān)于鐵鎳銅系材料溫壓的相關(guān)研究已取得了較快的進(jìn)展，如采用溫壓模壁潤滑工藝以鐵基粉末(94Fe+2Cu+2Ni+1Mo+1C）為基粉并混合以質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3％的聚合物，在壓制溫度130℃和壓制壓力700MPa下得到密度最高達(dá)7.34 g/cm3 壓坯部件，在燒結(jié)爐中以1150℃燒結(jié)得到密度高達(dá)7.32 g/cm3的零部件，硬度295HB,經(jīng)拉伸試驗(yàn)測得抗拉強(qiáng)度高達(dá)853MPa，采用低溫溫壓工藝以鐵基粉末（Fe＋4Ni+0.5Mo +1Cu+0.5C）為基粉并混以新型石蠟潤滑劑在粉末加熱溫度95℃、模具溫度125℃、壓制壓力615MPa下得到7.34 g/cm3的壓坯，燒結(jié)后獲得7.33 g/cm3的部件。還獲得了密度7.30 g/cm3以上、抗拉強(qiáng)度700MPa以上的高性能燒結(jié)部件。
等溫淬火熱處理是顯著提高鐵基粉末冶金零件材料力學(xué)性能的工藝手段之一。等溫淬火熱處理能提高粉末冶金燒結(jié)鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，特別是對于燒結(jié)合金鋼，只有經(jīng)過等溫淬火熱處理，才能充分發(fā)揮合金化的作用。粉末冶金燒結(jié)鋼零件與鑄鍛鋼零件的最大區(qū)別之一是前者存在有孔隙，并可能存在組織不均勻性和密度不均勻性，這些特點(diǎn)會明顯影響等溫淬火熱處理后零件的材料力學(xué)性能。
為了進(jìn)一步提高溫壓件燒結(jié)體的強(qiáng)度和硬度，人們開始對粉末冶金溫壓燒結(jié)體進(jìn)行等溫淬火熱處理加工,獲得了抗拉強(qiáng)度1086MPa、伸長率3.7％。但是研究還很不系統(tǒng)和很不深入。本文對此進(jìn)行了探索。
1試樣制備與試驗(yàn)方法
1.1試樣制備
試驗(yàn)原料是美國海格納士有限公司生產(chǎn)的混有高效溫壓專用潤滑劑的溫壓專用粉末，化學(xué)成分為Fe-3.5Ni-1.95Cu-0.5Mo-0.2C，松裝密度為3.11g/cc,流動速率為24.5s/50g。溫壓粉末在揚(yáng)州偉達(dá)機(jī)械有限公司生產(chǎn)的PH-80T溫壓粉末成型機(jī)里進(jìn)行壓制，壓制壓力為800MPa，溫壓溫度為100℃。壓制得到了生坯試樣，試樣尺寸為GB7963-1987規(guī)定的扁平板狀拉伸試樣。然后在分解氨氣氛中，在燒結(jié)溫度為1120℃的網(wǎng)帶式連續(xù)燒結(jié)爐中燒結(jié)30分鐘后自然冷卻得到燒結(jié)合金試樣。選擇部分試樣再進(jìn)行850℃×2h滲碳淬火（碳勢0.7％）和180℃×1.5h回火。
1.2試驗(yàn)方法
用排水法測燒結(jié)試樣密度；在布洛維光學(xué)硬度計上測試洛氏硬度值HRC及HRB；采用電液伺服微機(jī)控制萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，并計算出燒結(jié)試樣斷后伸長率；將試樣磨平拋光后再用4％硝酸酒精溶液浸蝕，用光學(xué)顯微鏡觀察了微觀組織；采用日本日立公司生產(chǎn)的S-3400N-II型掃描電子顯微鏡(SEM)對拉伸斷口進(jìn)行觀察和分析。
2試驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 密度
粉末冶金材料密度對其性能有很大影響。通過排水法測得等溫淬火熱處理前后兩組試樣的平均密度等，鐵基粉末經(jīng)溫壓和燒結(jié)后獲得了較高的密度。
2.2 硬度和拉伸力學(xué)性能
等溫淬火熱處理前后的硬度和拉伸力學(xué)性能也列于表1中。燒結(jié)體和等溫淬火熱處理后的試樣的拉伸力學(xué)性能均使用等溫淬火1所列之啞鈴形板狀試樣測試。值得一提的是，按照美國MPIF標(biāo)準(zhǔn)10, 等溫淬火熱處理硬化的拉伸力學(xué)性能試樣應(yīng)為等溫淬火2所示之形狀和尺寸，先制備方形橫截面成形體試樣，燒結(jié)和等溫淬火熱處理后再機(jī)械加工成圓形橫截面試樣。我們的試樣在等溫淬火熱處理后沒有觀察到明顯的變形，考慮到避免加工繁瑣和便于比較等溫淬火熱處理前后的性能，等溫淬火熱處理試樣仍然采用了等溫淬火1的標(biāo)準(zhǔn)。
由表1可以看出，經(jīng)等溫淬火熱處理后試樣的硬度和抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度均有十分明顯的提高，其中抗拉強(qiáng)度由650MPa提高到了1024MPa，硬度由93.5HRB提高到44.5HRC，但斷后延伸率卻下降了。
2.3 微觀組織
采用光學(xué)顯微鏡（OM）分析了試樣在等溫淬火熱處理前后的金相組織（等溫淬火3）。
燒結(jié)體合金中存在著大塊的奧氏體和少量珠光體，經(jīng)淬火和回火等溫淬火熱處理后，除了少量殘余奧氏體以外，生成了大量堅(jiān)硬的、脆性的板條狀馬氏體，這是等溫淬火熱處理能明顯提高合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和硬度、并導(dǎo)致延伸率降低的最根本的原因。
采用掃描電鏡觀察了合金在等溫淬火熱處理前后的拉伸斷口形貌（示于等溫淬火4）。
燒結(jié)體合金拉伸斷口由許多韌窩和包含河流狀花樣的解理斷面組成，屬于韌性斷裂和解理斷裂共存的混合型斷裂（等溫淬火4（a））。
拉伸試樣斷口形狀 等溫淬火4 a燒結(jié)體
合金經(jīng)淬火和回火等溫淬火熱處理后，由于碳化物堅(jiān)硬質(zhì)點(diǎn)的作用，當(dāng)裂紋在晶內(nèi)擴(kuò)展時，難以嚴(yán)格地沿一定晶面擴(kuò)展，其微觀形態(tài)特征為準(zhǔn)解理斷口（等溫淬火4（b）），
拉伸試樣斷口形狀 等溫淬火4 b 等溫淬火熱處理后
屬于脆性斷裂。表1中的斷后延伸率數(shù)據(jù)也顯示了等溫淬火熱處理態(tài)合金的低塑性。解理裂紋常源于晶界，而準(zhǔn)解理裂紋則常源于晶內(nèi)硬質(zhì)點(diǎn)，形成從晶內(nèi)某點(diǎn)發(fā)源的放射狀河流花樣。
結(jié)論
經(jīng)過850℃×2h滲碳淬火（碳勢0.7％）和180℃×1.5h回火等溫淬火熱處理后，溫壓鐵基合金的抗拉強(qiáng)度可由650MPa提高到1024MPa，硬度可由93.5HRB提高到44.5HRC。經(jīng)等溫淬火熱處理后生成了大量板條馬氏體。燒結(jié)體合金的斷裂屬于韌性斷裂和解理斷裂共存的混合型斷裂，等溫淬火熱處理態(tài)合金的斷裂為脆性準(zhǔn)解理斷裂。
